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专用集成电路设计技术基础 【美】Micheal john sebastian smith 著 虞惠华 汤庭鳌等译 电子工业出版社课程讲授者：沈相国，霍明旭 信电系微电子教研室联系电话：E－mail: shenxg@huomx@163.com授课主要对象：信电系02级本科生课程简介：《专用集成电路》教程共有17章，从浅到深全面地介绍了专用集成电路的设计方法和过程，是学习ASIC设计方法比较合适的教材。但由于本课程的课时有限，无法全面对该教材的内容作系统介绍。因此，对整本教程的内容进行选择和取舍，根据专业方向和学时限制，选择了第一、二、三章全部，第九、十一、十三、十四章部分内容组成《专用集成电路设计基础》作为本课程的教学内容。希望通过本课程的学习，使非微电子专业的同学对ASIC的设计方法有一个基本的认识。为今后从事与该方向相关的工作打下一个基础。 课程主要内容和章节：第一章??? ASIC绪论(PP1-24）第二章??? CMOS逻辑(PP28-80)第三章??? ASIC库设计(PP84-118)第九章 低层次设计输入 (PP229-241)第十一章 Verilog HDL(PP346-408)第十三章 仿真(PP479-531)第十四章 测试(PP536-599） 第一次课2005年5月11日下午 紫金港西2－312教室第一章? ASIC概述1.1 绪论：专用集成电路ASIC（Application Specific Integrated Circuits）技术是在集成电路发展的基础上，结合电路和系统的设计方法，利用ICCAD/EAD/ESDA等计算机辅助技术和设计工具，发展而来的一种把实用用电路或电路系统集成化的设计方法。定义：将某种特定应用电路或电路系统用集成电路的设计方法制造到一片半导体芯片上的技术称为ASIC技术。特点：体积小，成本低，性能优，可靠性高，必威体育官网网址性强，产品综合性能和竞争力好。 1.1.1 集成电路的发展历程@ 1947年12月Bell实验室肖克莱、巴丁、布拉顿发明了第一只点接触金锗晶体管，1950年肖克莱、斯帕克斯、迪尔发明单晶锗NPN结型晶体管。@ 52年5月英国皇家研究所的达默提出集成电路的设想。@ 58年德克萨斯仪器公司基尔比为首的小组研制出第一块由12个器件组成的相移振荡和触发器集成电路。这就是世界上最早的集成电路，也就是现代集成电路的雏形或先驱。集成电路的发展除了物理原理外还得益于许多新工艺的发明：50年美国人奥尔和肖克莱发明的离子注入工艺；56年美国人富勒发明的扩散工艺；60年卢尔和克里斯坦森发明的外延生长工艺；60年kang和Atalla研制出第一个硅MOS管；70年斯皮勒和卡斯特兰尼发明的光刻工艺等等，使晶体管从点接触结构向平面结构过渡并给集成电路工艺提供了基本的技术支持。因此，从70年代开始，第一代集成电路才开始发展并迅速成熟。此后40多年来，IC经历了从SSI(Small Scale ntegreted)-MSI-LSI-VLSI-ULSI的发展历程。现在的IC工艺已经接近半导体器件的极限工艺。以CMOS数字IC为例，在不同发展阶段的特征参数见表1－1。 表1-1 集成电路不同发展阶段的特征参数主要特征 1.1.2．集成电路的分类可以按器件结构类型、集成电路规模、使用基片材料、电路功能以及应用领域等方法划分。双极型TTLECLNMOS单片ICMOS型PMOSCMOSBiCMOS 按结构分类BiMOSBiCMOS混合IC 厚膜混合IC薄膜混合IC按规模分类 SSI/MSI/LSI/VLSI/ULSI/GSI组合逻辑电路数字电路时序逻辑电路 按功能分类 模拟电路线性电路非线性电路数模混合电路 1.1.3 ASIC的设计手段 一、设计手段的演变过程IC的设计方法和手段经历了几十年的发展演变，从最初的全手工设计发展到现在先进的可以全自动实现的过程。这也是近几十年来科学技术，尤其是电子信息技术发展的结果。从设计手段演变的过程划分，设计手段经历了手工设计、计算机辅助设计（ICCAD）、电子设计自动化EDA、电子系统设计自动化ESDA以及用户现场可编程器阶段。 1．原始手工设计：设计过程全部由手工操作，从设计原理图，硬件电路模拟，到每个元器件单元的集成电路版图设计，布局布线直到最后得到一套集成电路掩膜版，全部由人工完成。设计流程为：设计原理图，硬件电路，电路模拟，元器件版图设计，版图布局布线，（分层剥离，刻红膜，初缩精缩，分步重复）制版，流片，成品。 2．计算机辅助设计：从70年代初开始，起初仅仅能够用个人计算机辅助输入原理图，接着出现SPICE电路模拟软件，逐渐开始ICCAD的发展，后来越来越多的计算机辅助设计软件，越来越强的计算机辅助